Turbolader: Hvad er dens fordele, og hvad er turbolag?

En turbolader, eller kort sagt "turbo", er en enhed, der øger effekten af en forbrændingsmotor ved at tvinge luft ind i forbrændingskammeret.

Stigningen i kraft kommer fra, at motoren modtager mange flere iltmolekyler fra samme luftvolumen. Da luften er under tryk, er blandingen mere eksplosiv, motoren accelererer dermed lettere, og den behøver ikke mere brændstof.

Udover turboladeren bruges også en superlader eller en kombination af en turbolader og en superlader til at overlade motoren.

Hvad er forskellen mellem en turbolader og en superlader?

Den vigtigste forskel mellem en turbolader og en kompressor er, at en kompressor drives mekanisk via en rem fastgjort til krumtapakslen, mens udstødningsgasser fra motoren driver en turbolader.

Da kompressoren bruger energi fra motoren til sin kørsel, vil den tage noget af motorens energi, men i sidste ende vil den forsyne den med mere energi. En anden ulempe ved kompressoren er dens lavere adiabatiske effektivitet sammenlignet med turboladeren.

Adiabatisk effektivitet er superladerens evne til at komprimere luft uden at tilføre overskydende varme til luften. Jo lavere lufttemperaturen er, jo tættere er luften, og den indeholder flere iltmolekyler. Så superladere tilføjer mere varme til luften end turboladere, hvilket gør dem mindre effektive.

Turboladeren drives som allerede nævnt ikke mekanisk, men af udstødningsgasser og tager derfor ikke energi fra motoren, hvilket er mere effektivt. I forhold til kompressoren har den dog en ulempe: turboforsinkelse.

Hvad er turbo lag?

Turboforsinkelse er tiden mellem anmodningen om kraftforøgelse, dvs. at trykke på speederpedalen, og start af kraft (turbo-kick-in). I nyere modeller, der bruger turboladere, kan det være omkring 1 sekund, men det afhænger helt af turbotypen.

Med andre ord er turboforsinkelse den tid, det tager for udstødningssystemet og turboladeren at skabe det nødvendige boost for at øge effekten. Superchargere har ikke dette problem, fordi de drives direkte af motoren, og responsen på gashåndtaget er derfor øjeblikkelig.

Lave motoromdrejninger er IKKE turboforsinkelse

Nogle gange forveksles lave motoromdrejninger med turboforsinkelse i tilfælde af biler, der bruger manuel gearkasse. Hvis motorhastigheden er lav, kan det tage flere sekunder at vente på acceleration, efter du har trykket på speederpedalen. Denne forsinkelse er dog ikke turbolag, men det forkerte gearvalg.

Turboladere er afhængige af opbygningen af udstødningsgastryk for at drive en turbine (propel), hvilket ikke kan opnås ved tomgang eller lavt motoromdrejningstal. Når motoren når tilstrækkelige omdrejninger, begynder turbinen at rotere på en sådan måde, at der skabes et højere indsugningstryk end det atmosfæriske.

Turboladeren har til formål at forbedre motorens volumetriske effektivitet ved at øge indsugningsluftens tæthed, hvilket tillader mere kraft pr. motorcyklus.

Vil en større turbo tilføje mere kraft?

Størrelsen og formen af turbinen (den roterer op til 300.000 rpm) påvirker nogle af turboladerens ydeevne. Turbinens dimensioner bestemmer også mængden af luft, der vil strømme gennem systemet. Generelt gælder det, at jo større turbinen er, jo større er luftstrømskapaciteten.

Ydeevnen af en turbolader er tæt forbundet med dens størrelse. Store turboladere har brug for mere tryk, hvilket forårsager turboforsinkelse ved lave hastigheder. Små turboer spinner hurtigt, men har muligvis ikke den samme kraft ved høj acceleration.

For effektivt at kombinere fordelene ved store og små turboladere, bruges dobbelt turboladere eller turboladere med variabel vingegeometri.

Bi-turbo, Twin-turbo:

Twin-turbo eller Bi-turbo er to turboladere, der arbejder parallelt (sammen) eller sekventielt (separat). I en parallel konfiguration drives den ene turbolader af den ene halvdel og den anden af den anden halvdel af udstødningsgasserne fra motoren, og begge arbejder samtidigt. Mindre turboer har mindre turbo lag end større turboer, så der bruges ofte to små turboer.

I en sekventiel konfiguration kører den ene mindre turbolader ved lave omdrejninger, og den anden større tændes ved et højere forudbestemt motoromdrejningstal. Sekventielle turboer reducerer turboforsinkelse, men kræver komplekse rør til at fodre begge turboer.

Twin-scroll turbolader:

Denne type turbolader har to kanaler til indsugning af udstødningsgasser i turbinedelen. Udstødningsrør fører begge Twin-Turbo-porte fra cylindrene, så vakuumet ikke tager energi fra udstødningsgassen fra den ene cylinder. I modsætning hertil er udstødningsventilen på den anden cylinder endnu ikke lukket, men dens indsugningsventil er allerede begyndt at åbne.

Hvis tændingen i cylindrene er i rækkefølgen 1-3-4-2, vil cylindre 1 og 4 føre til den ene kanal, og cylindre 2 og 3 vil føre til den anden kanal. I dette tilfælde vil der ikke være noget tab af udstødningsgasenergi, fordi cylinder 3, som ville tage energi fra udstødningsgassen fra cylinder 1, ikke er forbundet til samme rør.

Ulempen ved twin-scroll turboladeren er dens sværhedsgrad, men også det faktum, at det er nødvendigt at have et lige antal cylindre, så udstødningsgasserne fra det samme antal cylindre strømmer ind i hver kanal.

Turbolader med variabel geometri:

En turbolader med variabel geometri bruger bevægelige skovle til at justere luftstrømmen ind i turbinen, hvilket efterligner en turbolader i optimal størrelse gennem hele effektkurven. Resultatet er en turbolader uden observerbar turboforsinkelse.

Hvad er Wastegate til?

Wastegate leder udstødningsgasserne væk fra turboladerens turbine. Turbinens hastighed styres ved at aflede udstødningsgasserne. Bypassventilens hovedfunktion er at regulere påfyldningstrykket for ikke at beskadige motoren eller turboladeren.

Hvad er Blowoff-ventilen til?

En afblæsningsventil er en ventil, der frigiver tryk i turboladede motorer. Denne ventil hjælper med at tømme rummet mellem turboen og gashåndtaget ved at frigive trykluft til omgivelserne for at reducere slid på turboen.

Når luften slippes ud, kommer der en karakteristisk hvæsende eller fløjtende lyd ind.

Så hvorfor turbolademotorer?

Turboladning kan øge motorkraften og reducere brændstofforbruget, men nogle producenter foretrækker stadig store benzinmotorer med naturligt indsugning. Dieselmotorer uden turboopladning produceres ikke længere i dag, fordi de har en mangelfuld ydeevne sammenlignet med benzinmotorer.

Se en kort animation af, hvordan en turboladet motor fungerer: